Die Wirkung des Eisengehaltes in A 319 – Semi-Solid-Legierungen bei Anwendung des SEED-Verfahrens

Aluminium-Silizium-Legierungen stellen eine der hauptsächlich in der Automotive-Industrie verwendete Gruppe von Gusslegierungen dar, da sie relativ einfach in komplexe Geometrien vergossen werden können. Gegossene Aluminium-Silizium-Kupfer-Legierungen vom Typ A 319 werden beispielsweise häufi g zur Herstellung von Motorblöcken eingesetzt. Durch die Zugabe von Kupfer zu Aluminium-Silizium-Legierungen kann die Funktionsfähigkeit von Gussteilen bei Temperaturen oberhalb von 200 °C sichergestellt werden. Obwohl die Anwendung der Legierung A 319 in einer ganzen Reihe von Publikationen untersucht wurde, gibt es wenig Literatur zum Thema Semi-Solid-Gießen dieses Werkstoff s. Das Semi-Solid-Gießen mit Verwendung eines pastenförmigen Gusswerkstoff s ist durch den flüssig-festen Charakter des Gießbolzens ein zunehmend populäres Gießverfahren. Dieser Gießbolzen behält seine Form wie im festen Zustand und fließt unter einer aufgebrachten Scherkraft leicht in die gewünschte Form. Für die vorgestellte Studie wurde eine A 319-Semi-Solid-Rheocast-Legierung verwendet, um sie für das SEED-Verfahren einzusetzen. Dieses Verfahren (SEED – Squirled Enthalpy Equilibration Device) wurde bei Rio Tinto Alcan in Zusammenarbeit mit dem kanadischen Aluminium-Technologie-Zentrum entwickelt. Bei diesem Verfahren wird die Wärme aus dem flüssigen Aluminium durch Rühren der Schmelze in einem Zylinder abgeführt, wobei der halbfeste Gießbolzen entsteht. Die sich dabei bildende Mikrostruktur besteht aus Alpha-Aluminium-Globuliten, die von eutektischer Phase umgeben sind. In der Arbeit wird der Eisengehalt der Semi-Solid-A 319-Legierung verändert und die Auswirkungen auf Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften untersucht. Der Hauptgegenstand der Studie ist die Verwendung von Recyclingaluminium mit Eisenspuren als Ersatz für hochreines Aluminium für die Gussteilherstellung der Zukunft. Das SEED-Verfahren hat sich bereits zur Herstellung von qualitativ hochwertigen Gussteilen aus den Legierungen A 356 und A 357 bewährt. Die Verfasser haben daher auch die Absicht, das Verfahren zu einer uneingeschränkt industriell anwendbaren Technologie zu entwickeln. Aluminum-silicon alloys represent a majority of cast alloys used in the automotive industry, as these alloys can be molded into complex shapes with relative ease. Cast aluminum-siliconcopper alloys, or 319 aluminum alloys, for example, are a popular choice in the fabrication of engine blocks. The addition of copper to Al-Si aids in maintaining the casting integrity when in service (with temperatures exceeding 200C (392F)). Although numerous publications have explored the use of cast 319 alloys, there is still very little in terms of literature with respect to semi-solid cast 319 alloys. Semi-solid casting, where an alloy is prepared as a slurry, is fast becoming a popular casting method due to the dual liquid-solid nature of the resulting billet. The billet remains still, as if solid, yet flows under the action of an applied shear force. A semi-solid rheocast 319 aluminum alloy was prepared for this study using the Swirled Enthalpy Equilibration Device (SEED) casting method, as developed by Rio Tinto Alcan in collaboration with the Aluminium Technology Centre of NRC Canada. This process uses heat extraction of the liquid aluminum alloy via agitation (swirling) in a confi ned cylinder to form the semi-solid billet. The resulting microstructure consists of alpha aluminum globules surrounded by the eutectic phase. In this work, the iron content of the 319 semi-solid alloy was altered and the changes in microstructure and mechanical properties were observed. The chief objective of this ongoing study is to use recycled aluminum (with iron traces) for future casting, as opposed to higher purity aluminum. The SEED process itself has proven successful in obtaining high integrity 356/357 castings, among others; therefore, it is also the authors’ intent to develop SEED as a fully industrial process.